DE102014212844A1

DE102014212844A1 - Welle-Nabe-Verbindung zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, Verfahren zur Montage einer derartigen Welle-Nabe-Verbindung sowie Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs mit einer deartigen Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102014212844A1
Application number: DE102014212844.7A
Authority: DE
Inventors: Philipp Tepper; Jasper Fink
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Es ist eine Welle-Nabe-Verbindung zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zwischen einem Drehschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten einer Motorwelle eines Kraftfahrzeugmotors und einer Kupplung zum Kuppeln der Motorwelle mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen mit einer eine Außenverzahnung für eine Steckverzahnung aufweisenden Welle, einer eine Innenverzahnung für die Steckverzahnung aufweisenden Nabe und einem an der Welle und der Nabe anliegenden Federelement zur Bereitstellung einer Drehmomentübertragung zwischen der Welle und der Nabe an der Steckverzahnung vorbei, wobei ein über das Federelement maximal übertragbares Drehmoment MR durch einen Reibschluss des Federelements an der Welle und/oder der Nabe begrenzt ist. Durch das Federelement kann bei entsprechend geringen Drehmomenten unterhalb von MR, insbesondere im Leerlaufbetrieb des Kraftfahrzeugmotors, eine reibschlüssige drehfeste Verbindung der Welle mit der Nabe erreicht werden, so dass ein durch ein Zahnspiel der Steckverzahnung mögliches wechselseitiges Anschlagen der Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung vermieden ist, wodurch ein Antriebsstrang mit geringen Geräuschemissionen ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zur Montage einer derartigen Welle-Nabe-Verbindung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs mit einer derartigen Welle-Nabe-Verbindung, mit deren Hilfe ein von einem Kraftfahrzeugmotor erzeugtes Drehmoment insbesondere über ein Zweimassenschwungrad zur Drehschwingungsdämpfung an eine Kupplung übertragen werden kann.
Aus DE 10 2010 054 283 A1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem eine Welle mit einer Nabe über eine Steckverzahnung verbunden ist. Die Nabe weist zwei koaxial zueinander angeordnete Scheiben auf, die im eingesteckten Zustand der Welle in der Nabe mit Hilfe radial außerhalb zu der Welle angeordneter metallischer Spiralfedern im Unfangsrichtung zueinander verspannt sind, so dass die Verzahnung der Welle an beiden in Umfangsrichtung weisenden Zahnflanken an den Scheiben der Nabe anliegt, wodurch ein toleranzbedingtes Zahnspiel in Umfangsrichtung eliminiert werden kann.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis Geräuschemissionen eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen Antriebsstrang mit geringen Geräuschemissionen ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie Verfahren zur Montage einer Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist eine Welle-Nabe-Verbindung zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zwischen einem Drehschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten einer Motorwelle eines Kraftfahrzeugmotors und einer Kupplung zum Kuppeln der Motorwelle mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen mit einer eine Außenverzahnung für eine Steckverzahnung aufweisenden Welle, einer eine Innenverzahnung für die Steckverzahnung aufweisenden Nabe und einem an der Welle und der Nabe anliegenden Federelement zur Bereitstellung einer Drehmomentübertragung zwischen der Welle und der Nabe an der Steckverzahnung vorbei, wobei ein über das Federelement maximal übertragbares Drehmoment M_R durch einen Reibschluss des Federelements an der Welle und/oder der Nabe begrenzt ist.
Zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung kann ein Zahnspiel vorgesehen sein, um die Steckzahnung durch eine axiale Relativbewegung der Welle zur Nabe leicht zusammenstecken zu können. Durch das Federelement kann jedoch eine so hohe Reibungskraft zwischen der Welle und der Nabe aufgebracht werden, dass bis zum Erreichen des über das Federelement maximal übertragbaren Drehmoments eine Relativdrehung der Welle zur Nabe im Umfang des Zahnspiels zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung vermieden wird. Insbesondere können Drehungleichförmigkeiten im angreifenden Drehmoment von dem Federelement derart übertragen werden, dass ein wechselndes Anschlagen der Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung vermieden werden können. Ein Rasseln oder ähnliche Geräuschemissionen können dadurch vermieden werden. Hierzu ist es nicht erforderlich die Innenverzahnung und die Außenverzahnung gegeneinander zu verspannen, so dass sich für die Welle-Nabe-Verbindung ein einfacher und robuster konstruktiver Aufbau ergibt.
Bei einem am der Welle-Nabe-Verbindung angreifenden Drehmoment oberhalb von M_R kann die Haftreibung zwischen dem Federelement und der Nabe und/oder zwischen dem Federelement und der Welle überwunden werden, so dass das Federelement durchrutschen kann. In diesem Fall können sich die Welle und Nabe soweit relativ zueinander verdrehen, dass die Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung aneinander anliegen und das anliegende Drehmoment im Wesentlichen über die Steckverzahnung übertragen werden kann. Da bei einem direkten Kontakt der Zahnflanken keine Relativdrehung der Welle zur Nabe stattfindet, kann auch das Federelement reibschlüssig mit Haftreibung anliegen und einen Widerstand gegen ein Abheben der einen Zahnflanke von der anderen Zahnflanke bereitstellen. Bei Drehungleichförmigkeiten im angreifenden M_R übersteigenden Drehmoment kann sich beispielsweise die Kraft, mit der die Zahnflanken aneinanderliegen, verändern, ohne dass die Zahnflanken den Kontakt verlieren. Somit sind auch in dieser Betriebssituation Geräuschemissionen vermieden. Sollten bei besonders hohen Drehmomenten die Drehungleichförmigkeiten dennoch dazu führen, dass die Zahnflanken den Kontakt verlieren sollten, liegen durch den Kraftfahrzeugmotor bereits so hohe Geräuschemissionen vor, dass ein Rasseln der Steckverzahnung durch die Geräuschemissionen des Kraftfahrzeugmotors übertönt wird und im Wesentlichen nicht wahrnehmbar ist. Durch das Federelement kann bei entsprechend geringen Drehmomenten unterhalb von M_R, insbesondere im Leerlaufbetrieb des Kraftfahrzeugmotors, eine reibschlüssige drehfeste Verbindung der Welle mit der Nabe erreicht werden, so dass ein durch ein Zahnspiel der Steckverzahnung mögliches wechselseitiges Anschlagen der Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung vermieden ist, wodurch ein Antriebsstrang mit geringen Geräuschemissionen ermöglicht ist.
Das Federelement kann insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Federstahl, hergestellt sein. Das Federelement kann insbesondere auf einem ersten Radius an der Welle und auf einem zweiten Radius an der Nabe anliegen, wobei der an der Welle und/oder an der Nabe anliegende Bereich auf dem entsprechenden Radius vollständig oder zu einem Großteil in Umfangsrichtung geschlossen ausgeführt ist. Dadurch kann sich an den Kontaktstellen zwischen dem Federelement und der Welle und/oder der Nabe für die Übertragung eines bestimmten maximal übertragbaren Drehmoments M_R eine vergleichbar geringe Flächenpressung bei einem vergleichbar hohen M_R ergeben. Das Federelement kann hierzu in Umfangsrichtung betrachtet insbesondere einen im Wesentlichen S-förmigen, Z-förmigen oder U-förmigen Querschnitt aufweisen. Über die Federsteifigkeit des Federelements und den Federweg des Federelements zwischen einer entspannten Stellung und einer verspannten Stellung im eingebauten Zustand kann die an der Welle und der Nabe angreifende Federkraft eingestellt werden. Durch die im eingebauten Zustand aufgebrachte Federkraft des Federelements kann eine entsprechend hohe Normalkraft und damit die maximale Haftreibungskraft, die für das maximal übertragbare Drehmoment M_R maßgeblich ist, vorgegeben werden. Das maximal übertragbare Drehmoment M_R ist insbesondere geringfügig größer als ein von dem Kraftfahrzeugmotor im Leerlauf an der Welle-Nabe-Verbindung angreifendes Drehmoment, wobei hierbei insbesondere zu erwartende Ungleichförmigkeiten im Drehmoment berücksichtigt werden. Der Kraftfahrzeugmotor kann im Leerlauf, insbesondere bei einer Drehzahl zwischen 500 U/min und 900 U/min, ein nominales Leerlaufdrehmoment M_L abgeben, das ohne Übersetzung 1:1 oder mit Übersetzung an die Welle-Nabe-Verbindung übertragen wird. Aufgrund von Drehungleichförmigkeiten, insbesondere mit der Frequenz eines ganzzahligen Vielfaches einer Motorordnung, kann ein größeres maximales Leerlaufdrehmoment M_L,max auftreten, wobei durch das Federelement ein maximal übertragbares Drehmoment M_R oberhalb des bei M_L,max an der Welle-Nabe-Verbindung angreifenden Drehmoments erreichbar ist. Insbesondere ist M_R um bis zu 150%, vorzugsweise bis zu 100%, weiter bevorzugt bis zu 50% und besonders bevorzugt bis zu 25% größer als das bei M_L,max des Verbrennungsmotors an der Welle-Nabe-Verbindung angreifende Drehmoment. Beispielsweise gilt 3,0 Nm ≤ M_R ≤ 20 Nm, insbesondere 5,0 Nm ≤ M_R ≤ 15 Nm, vorzugsweise 6,0 Nm ≤ M_R ≤ 10 Nm und besonders bevorzugt M_R = 8,0 Nm ± 1,0 Nm.
Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung sind insbesondere geradverzahnt. Vorzugsweise ist die Nabe Teil eines Drehschwingungsdämpfers, insbesondere Teil einer Sekundärmasse eines Zweimassenschwungrads, und die Welle Teil einer Eingangsseite einer Kupplung, insbesondere Reibungskupplung, oder umgekehrt. Die Welle kann an der zur Nabe weisenden Seite eine Einführfase zum Aufstecken des Federelements aufweisen. Entsprechend kann die Nabe an der zur Welle weisenden Seite eine Einführfase zum Aufstecken des Federelements aufweisen.
Insbesondere ist das Federelement mit einer Federkraft in radialer Richtung zwischen der Welle und der Nabe eingespannt. Das Federelement kann von der Welle und der Nabe in radialer Richtung gehalten und insbesondere zentriert werden. Insbesondere ist es möglich eine Sicherung des Federelements in axialer Richtung einzusparen. Vorzugsweise liegt das Federelement an einem axial verlaufenden Teilstück mit konstantem Durchmesser der Welle und/oder der Nabe an, so dass die Kraftrichtung des Federelements im Wesentlichen der für die Reibungskraft maßgeblichen Normalkraft entspricht. Dadurch kann die gesamte Federkraft des Federelements zur Bereitstellung der für M_R erforderlichen Reibungskraft genutzt werden.
Vorzugsweise ist das Federelement auf einem von der Steckverzahnung verschiedenen Radius angeordnet, wobei insbesondere die Welle einen umlaufenden Ringraum zur Aufnahme des Federelements und eines die Innenverzahnung aufweisenden Kragen der Nabe oder die Nabe einen umlaufenden Ringraum zur Aufnahme des Federelements und eines die Außenverzahnung aufweisenden Kragen der Welle aufweist. Grundsätzlich ist es möglich das Federelement beispielsweise in die Zahnzwischenräume der Steckverzahnung oder in axialer Richtung seitlich neben der Steckverzahnung anzuordnen. Durch die Positionierung des Federelements auf einem zur Steckverzahnung verschiedenen Radius ist es möglich das Federelement und die Steckverzahnung in von einander getrennten separaten Bereichen zu positionieren, so dass sich die Steckverzahnung und das Federelement bei der Montage und im Betrieb nicht gegenseitig stören. Ferner kann ein vorhandener radialer Bauraum genutzt werden, um den Ringraum auszubilden, ohne dass es erforderlich ist den axialen Bauraum signifikant zu vergrößern. Der Kragen kann insbesondere als abstehendes zylindrisches Rohrstück ausgestaltet sein, das radial innen oder radial außen die jeweilige Verzahnung aufweist.
Besonders bevorzugt greift ein äußerer Klemmring zur Aufbringung eine Normalkraft nach radial innen und/oder ein innerer Klemmring zur Aufbringung eine Normalkraft nach radial außen an dem Federelement an. Insbesondere kann das Federelement zwischen dem Klemmring und Welle und/oder zwischen dem Klemmring und der Nabe verklemmt oder verkeilt sein. Das Federelement kann dadurch mit vergleichsweise geringen Montagekräften aufgesteckt werden und im Zusammenspiel mit dem Klemmring eine ausreichend hohe Reibungskraft aufbringen.
Insbesondere weist das Federelement einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringkörper auf, wobei insbesondere der Ringkörper als Polygon-Ring ausgestaltet ist. Durch die von einer reinen zylindrischen Ringform abweichende Gestaltung des Ringkörpers kann der Ringkörper unter mechanischer Beanspruchung seinen Durchmesser ändern, so dass der in Umfangsrichtung geschlossene Ringkörper im montierten Zustand eine Federkraft in radialer Richtung bereitstellen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass das Federelement einen in Umfangsrichtung unterbrochenen Ringkörper aufweist. Das Federelement kann dadurch einen Ringkörper mit einem in axialer Richtung verlaufenden Schlitz aufweisen. Der Ringkörper kann geteilt ausgeführt sein. Durch den in Umfangsrichtung unterbrochenen Ringkörper kann ein Materialbereich des Federelements vermieden werden, der in Umfangsrichtung vollständig geschlossen ausgeführt ist. Durch die insbesondere mit Hilfe eines Schlitz erreichte Teilung des Ringkörpers kann das Federelement besonders leicht eine elastische Änderung seines Nenndurchmessers zulassen. Das Federelement kann dadurch leicht mit entsprechend geringen Montagekräften montiert werden. Beispielsweise kann der Ringkörper des Federelements bei der Montage auf einen geringeren Durchmesser zusammengedrückt werden, bis die in Umfangsrichtung weisenden und durch den Schlitz zueinander beabstandeten Enden des Ringkörpers aneinander anschlagen können, so dass der Ringkörper leicht in den Ringraum ohne hohe reibungsbedingte Widerstandskräfte eingesetzt werden kann. Anschließend kann der Ringkörper elastisch aufspringen und mit einer nach radial außen weisenden Federkraft an dem Material des Ringraums anliegen und ein entsprechend hohes Reibmoment übertragen. Der Ringkörper kann hierzu als geschlitzter kreisförmiger Hohlzylinder ausgestaltet sein, so dass eine unregelmäßige Ausformung des Ringkörpers als Polygon-Ring nicht erforderlich ist.
Vorzugsweise stehen von dem Ringkörper, insbesondere als Blattfeder ausgestaltete, Federstege in axialer Richtung ab. Insbesondere ist es möglich, dass in eine erste Axialrichtung erste Federstege zur Anlage an der Welle und in einer zur ersten Axialrichtung entgegengesetzten zweiten Axialrichtung zweite Federstege zur Anlage an der Nabe abstehen. Die Federstege können vorzugsweise in der Art von Blattfedern eine ausreichende Federkraft, insbesondere in radialer Richtung bereitstellen. Insbesondere können die Federstege einen vergleichsweise großen Federweg in radialer Richtung mitmachen, wodurch die Montage, insbesondere entlang einer an der Welle und/oder an der Nabe vorgesehenen Einführfase, erleichtert ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Kraftfahrzeugmotor zur Bereitstellung eines Drehmoments und einer Welle-Nabe-Verbindung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Übertragung des Drehmoments, wobei eine von dem Federelement auf die Welle und die Nabe aufgebrachte Federkraft derart ausgelegt ist, dass bei einem unter Berücksichtigung von zu erwartenden Drehmomentungleichförmigkeiten nominellen maximalen Leerlaufdrehmoment M_L,max des Kraftfahrzeugmotors 1,00 < M_R/M_L,max ≤ 1,25, insbesondere 1,01 ≤ M_R/M_L,max ≤ 1,20, vorzugsweise 1,02 ≤ M_R/M_L,max ≤ 1,15 und besonders bevorzugt 1,05 ≤ M_R/M_L,max ≤ 1,10 gilt. Durch das Federelement kann bei entsprechend geringen Drehmomenten unterhalb von M_R, insbesondere im Leerlaufbetrieb des Kraftfahrzeugmotors, eine reibschlüssige drehfeste Verbindung der Welle mit der Nabe erreicht werden, so dass ein durch ein Zahnspiel der Steckverzahnung mögliches wechselseitiges Anschlagen der Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung vermieden ist, wodurch ein Antriebsstrang mit geringen Geräuschemissionen ermöglicht ist.
Insbesondere ist eine Kupplung zum Kuppeln der Motorwelle mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen, wobei die Welle-Nabe-Verbindung im Drehmomentfluss zwischen dem Kraftfahrzeugmotor und der Kupplung vorgesehen ist, wobei insbesondere über die Welle-Nabe-Verbindung ein Drehschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten der Motorwelle mit der Kupplung verbunden ist. Durch die Positionierung der Welle-Nabe-Verbindung im Drehmomentfluss vor dem Kraftfahrzeuggetriebe kann das Drehmoment des Kraftfahrzeugmotors leicht mit einer Übersetzung von 1:1 in die Welle-Nabe-Verbindung eingeleitet werden. Insbesondere kann leicht zwischen dem Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, und der Kupplung eine motorseitige und eine getriebeseitige Trennung des Antriebsstrangs vorgesehen werden, die über die Welle-Nabe-Verbindung durch eine axiale Relativbewegung bei der Montage leicht geschlossen werden kann. Die Montage des Antriebsstrangs ist dadurch vereinfacht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem bei einem unterhalb von M_R an der Welle-Nabe-Verbindung angreifenden Drehmoment eine Drehmomentübertragung zwischen der Nabe und der Welle überwiegend über das Federelement und bei einem oberhalb von M_R an der Welle-Nabe-Verbindung angreifenden Drehmoment eine Drehmomentübertragung zwischen der Nabe und der Welle überwiegend über die Steckverzahnung erfolgt. Durch das Federelement kann bei entsprechend geringen Drehmomenten unterhalb von M_R, insbesondere im Leerlaufbetrieb des Kraftfahrzeugmotors, eine reibschlüssige drehfeste Verbindung der Welle mit der Nabe erreicht werden, so dass ein durch ein Zahnspiel der Steckverzahnung mögliches wechselseitiges Anschlagen der Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung vermieden ist, wodurch ein Antriebsstrang mit geringen Geräuschemissionen ermöglicht ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Montage einer Welle-Nabe-Verbindung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem mit Hilfe einem an dem Federelement lösbar anliegenden, insbesondere aus Kunststoff hergestellten, Haltering das Federelement auf einen geringeren Durchmesser als dem maximal möglichen Durchmesser zusammengedrückt wird und nachfolgend das Federelement zwischen der Welle und der Nabe durch eine Bewegung in im Wesentlichen axialer Richtung eingesetzt wird, wobei während des Einsetzens des Federelements der Haltering an der Welle oder an der Nabe anschlägt und von dem Federelement abgestreift wird. Durch den Haltering kann vermieden werden, dass das Federelement während der Montage mit einer hohen Federkraft an der Welle und/oder an der Nabe anliegt und beim Einsetzen eine entsprechend hohe durch Reibungseffekte verursachte Widerstandskraft bereitstellt. Wenn das Federelement einen in Umfangsrichtung unterbrochenen Ringkörper aufweist, braucht der Haltering nur eine entsprechend geringe Kraft in radialer Richtung zu überwinden, um das Federelement auf einen geringeren Durchmesser zu drücken. Mit Hilfe des Halterings liegt das Federelement während der Montage zunächst, sofern überhaupt, nur locker an, so dass eine leichte und schnelle Montage ermöglicht ist. Wenn das Federelement an der Welle und/oder an der Nabe eingefädelt wird, kann der Haltering an der Welle und/oder an der Nabe anschlagen, so dass bei einer weiteren Bewegung in axialer Richtung nur das Federelement aber nicht der Haltering bewegt wird und der Haltering dadurch von dem Federelement abgestreift wird. Nach dem Abstreifen des Halterings kann das Federelement mit seiner vollen Federkraft an der Welle und/oder an der Nabe anliegen und das beabsichtigte maximal übertragbare Drehmoment M_R übertragen. Der Haltering kann beispielsweise aus zwei oder mehr Teilen bestehen, die voneinander getrennt werden können, um den Haltering nach dem Abstreifen zu entfernen. Hierzu kann der Haltering beispielsweise ein Ringstück mit in axialer Richtung verlaufenden Streben aufweisen, die in korrespondierende Öffnungen eines jeweils anderen Ringstücks eingesteckt werden können. Ferner ist es möglich den abgestreiften Haltering in der Welle-Nabe-Verbindung zu belassen, wobei der Haltering als Teil der vorstehend beschriebenen Welle-Nabe-Verbindung locker an dem Federelement, der Welle und/oder der Nabe anliegen kann. Der Haltering ist in dieser Position insbesondere nicht koaxial angeordnet. Vorzugsweise ist der Haltering aus einem im Vergleich zu Metall weicheren Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt, so dass durch den abgestreiften Haltering im Betrieb im Wesentlichen keine von einem Fahrer wahrnehmbare Geräuschemissionen ausgehen. Durch das Federelement kann bei entsprechend geringen Drehmomenten unterhalb von M_R, insbesondere im Leerlaufbetrieb des Kraftfahrzeugmotors, eine reibschlüssige drehfeste Verbindung der Welle mit der Nabe erreicht werden, so dass ein durch ein Zahnspiel der Steckverzahnung mögliches wechselseitiges Anschlagen der Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung vermieden ist, wodurch ein Antriebsstrang mit geringen Geräuschemissionen ermöglicht ist, wobei durch den Haltering die Montage der Welle-Nabe-Verbindung und damit des Antriebsstrangs schnell und einfach erfolgen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Welle-Nabe-Verbindung in einer ersten Ausführungsform,
2: eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Welle-Nabe-Verbindung in einer zweiten Ausführungsform,
3: eine schematische geschnittene Draufsicht eines Teils eines Federelements für die Welle-Nabe-Verbindung aus 1 und 2,
4: eine schematische Schnittansicht eines Teils einer Welle-Nabe-Verbindung in einer dritten Ausführungsform und
5: eine schematische perspektivische Ansicht eines Federelements für die Welle-Nabe-Verbindung aus 4.
Die in 1 dargestellte Welle-Nabe-Verbindung 10 weist eine Welle 12 mit einer Außenverzahnung 14 für eine Steckverzahnung 16 und eine Nabe 18 mit einer Innenverzahnung 20 für die Steckverzahnung 16 auf. Die Nabe 18 weist einen als zylindrisches Rohrstück ausgestalteten Kragen 22 auf, der in einen von der Welle 12 ausgebildeten Ringraum 24 hineinragt. In dem Ringraum 24 ist auf einem im Vergleich zur Steckverzahnung 16 größeren Durchmesser ein im Querschnitt im Wesentlichen S-förmiges Federelement 26 vorgesehen, das mit einer Federkraft nach radial außen an der Welle 12 und mit einer Federkraft nach radial innen an der Nabe 14 anliegt. Zur leichteren Montage des Federelements 26 kann die Welle 12 und/oder die Nabe 18 eine Einführfase 28 für das Federelement 26 aufweisen. Mit Hilfe des Federelements 26 kann im Leerlauf eines Kraftfahrzeugmotors ein entsprechend geringes Drehmoment zwischen der Welle 12 und der Nabe 18 übertragen werden, ohne dass hierfür ein Drehmomentfluss über die Steckverzahnung 16 erfolgen muss, so dass ein rasselndes Geräusch der Steckverzahnung 16 vermieden ist.
Wie in 2 dargestellt, kann mit Hilfe eines Klemmrings 30 die von dem Federelement 26 auf die Nabe 18 aufgebrachte Normalkraft verstärkt werden. Ferner kann mit Hilfe des Klemmrings 30 das Federelement 26 an einer definierten Position in axialer Richtung mit der Nabe 18 verklemmt und/oder verkeilt werden, wobei vorzugsweise mit Hilfe des Klemmring 30 bei der Montage auftretende Axialkräfte abgetragen werden können. Ein entsprechender Klemmring kann auch vorgesehen sein, um die von dem Federelement 26 auf die Welle 12 aufgebrachte Normalkraft zu verstärken. Ferner ist ein Haltering 32 vorgesehen, durch den die zur Welle 12 weisende Seite des Federelements 26 auf einen kleineren Durchmesser zusammengedrückt ist. Das Federelement 26 kann dadurch leicht in den Ringraum 24 eingesteckt werden. Hierbei kann der Haltering an einem den radial äußeren Rand des Ringraums 24 begrenzenden Teil der Welle 12 anschlagen und in Richtung auf den Klemmring 30 zu von dem Federelement 26 abgestreift werden, wonach das Federelement 26 mit seiner vollen Federkraft an der Welle 12 anliegen kann.
Wie in 3 dargestellt kann das Federelement 26 einen Ringkörper 34 aufweisen, von dem in axialer Richtung mehrere eine Blattfeder ausbildende Federstege 36 abstehen können. Die Federstege 36 können leichter in radialer Richtung elastisch verbogen werden, wodurch die Montage des Federelements 26 erleichtert ist. Der Ringkörper 34 kann in Umfangsrichtung geschlossen oder unterbrochen ausgeführt sein.
Wie in 4 und 5 dargestellt kann das Federelement 26 in einer alternativen Ausführungsform ausschließlich aus dem Ringkörper 34 bestehen. In diesem Fall ist der Ringkörper 34 insbesondere als in Umfangsrichtung geschlossener Polygon-Ring ausgestaltet und weicht von einer streng hohlzylindrischen Form ab.
Bezugszeichenliste

10: Welle-Nabe-Verbindung
12: Welle
14: Außenverzahnung
16: Steckverzahnung
18: Nabe
20: Innenverzahnung
22: Kragen
24: Ringraum
26: Federelement
28: Einführfase
30: Klemmring
32: Haltering
34: Ringkörper
36: Federsteg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010054283 A1 [0002]

Claims

Welle-Nabe-Verbindung zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zwischen einem Drehschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten einer Motorwelle eines Kraftfahrzeugmotors und einer Kupplung zum Kuppeln der Motorwelle mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einer eine Außenverzahnung (14) für eine Steckverzahnung (16) aufweisenden Welle (12), einer eine Innenverzahnung (20) für die Steckverzahnung (16) aufweisenden Nabe (18) und einem an der Welle (12) und der Nabe (18) anliegenden Federelement (26) zur Bereitstellung einer Drehmomentübertragung zwischen der Welle (12) und der Nabe (18) an der Steckverzahnung (16) vorbei, wobei ein über das Federelement (26) maximal übertragbares Drehmoment M_R durch einen Reibschluss des Federelements (26) an der Welle (12) und/oder der Nabe (18) begrenzt ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) mit einer Federkraft in radialer Richtung zwischen der Welle (12) und der Nabe (18) eingespannt ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) auf einem von der Steckverzahnung (16) verschiedenen Radius angeordnet ist, wobei insbesondere die Welle (12) einen umlaufenden Ringraum (24) zur Aufnahme des Federelements (26) und eines die Innenverzahnung (20) aufweisenden Kragen (22) der Nabe (18) oder die Nabe (18) einen umlaufenden Ringraum zur Aufnahme des Federelements (26) und eines die Außenverzahnung (14) aufweisenden Kragen der Welle (12) aufweist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Klemmring (30) zur Aufbringung eine Normalkraft nach radial innen und/oder ein innerer Klemmring zur Aufbringung eine Normalkraft nach radial außen an dem Federelement (26) angreift.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringkörper (34) aufweist, wobei insbesondere der Ringkörper als Polygon-Ring ausgestaltet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) einen in Umfangsrichtung unterbrochenen Ringkörper (34) aufweist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass von dem Ringkörper (34), insbesondere als Blattfeder ausgestaltete, Federstege (36) in axialer Richtung abstehen.
Antriebsstrang zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Kraftfahrzeugmotor zur Bereitstellung eines Drehmoments und einer Welle-Nabe-Verbindung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Übertragung des Drehmoments, wobei eine von dem Federelement (26) auf die Welle (12) und die Nabe (18) aufgebrachte Federkraft derart ausgelegt ist, dass bei einem unter Berücksichtigung von zu erwartenden Drehmomentungleichförmigkeiten nominellen maximalen Leerlaufdrehmoment M_L,max des Kraftfahrzeugmotors 1,00 < M_R/M_L,max ≤ 1,25, insbesondere 1,01 ≤ M_R/M_L,max ≤ 1,20, vorzugsweise 1,02 ≤ M_R/M_L,max ≤ 1,15 und besonders bevorzugt 1,05 ≤ M_R/M_L,max ≤ 1,10 gilt.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs nach Anspruch 8, bei dem bei einem unterhalb von M_R an der Welle-Nabe-Verbindung (10) angreifenden Drehmoment eine Drehmomentübertragung zwischen der Nabe (18) und der Welle (12) überwiegend über das Federelement (26) und bei einem oberhalb von M_R an der Welle-Nabe-Verbindung (10) angreifenden Drehmoment eine Drehmomentübertragung zwischen der Nabe (18) und der Welle (12) überwiegend über die Steckverzahnung (16) erfolgt.
Verfahren zur Montage einer Welle-Nabe-Verbindung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei dem mit Hilfe einem an dem Federelement (26) lösbar anliegenden, insbesondere aus Kunststoff hergestellten, Haltering (32) das Federelement (26) auf einen geringeren Durchmesser als dem maximal möglichen Durchmesser zusammengedrückt wird und nachfolgend das Federelement (26) zwischen der Welle (12) und der Nabe (18) durch eine Bewegung in im Wesentlichen axialer Richtung eingesetzt wird, wobei während des Einsetzens des Federelements (26) der Haltering (32) an der Welle (12) oder an der Nabe (18) anschlägt und von dem Federelement (26) abgestreift wird.